福建沿海水稻Cd、Pb、Hg等重金属含量变化规律.doc

谢文彪等：福建沿海水稻Cd、Pb、Hg等重金属含量变化规律 209福建沿海水稻Cd、Pb、Hg等重金属含量变化规律谢文彪1，杨军华2，陈穗玲1，陈迪云1*1. 广州大学环境科学与工程学院，广东 广州 510006；2. 福建省地质调查研究院，福建 福州 350011摘要：文章研究了福建沿海重金属高含量的水稻样品的区域分布规律，分析了不同品种的水稻对重金属吸收的差异。以该区10个流域两侧的水稻种植区为研究对象，系统采集了福建沿海水稻样品185件，采用干灰石墨炉原子吸收光谱法和原子荧光光谱法，分析了籽粒中的Cd、Hg、Pb、As、Cu、Zn等重金属元素的含量，结果表明其平均值分别为0.005、0.08、0.33、0.17、2.94和14.62 mgkg-1，显著高于台湾地区稻米的平均含量。对比大米国家食品限制值，有16.8%的样品的Pb超标；有11.4%的样品Cd超标。Hg、As的超标率相对较低，均只为0.5%。Cd、Pb含量高的样品主要集中分布在漳州、福州、福清等工业发达的城市周边地区。不同的水稻品种对重金属的吸收率完全不同，昌优964对Cd、Cu、Zn和Pb表现出高的吸收率，而糯米、803A1527等则表现出对Cd、As、Pb等低的吸收率。这些结果的获得为水稻安全标准评价和品种的优选提供了理论基础关键词：水稻；重金属；分布；福建沿海中图分类号：X503.231 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2008）01-0206-04图1 研究区域与样品分布Fig. 1 Diagram of study area and sampling sites distribution我国土壤污染现象普遍，而且土壤重金属环境污染有扩大的趋势。进入土壤的重金属可通过可以通过根系进入植物体, 再通过食物链的传递和富集, 最终危害人体健康1, 2，3。稻米是我国的主要消费的粮食食物, 其栽培品种众多、范围广，而水稻具有对Cd等重金属强吸收的特征，这种固有的特性提出了水稻的食品安全与居民健康风险问题。福建沿海地区是本省主要的稻谷种植区，而初步的调查发现该区域土壤重金属含量高，部分地区土壤中的一些有害重金属超过了土壤质量标准4.5。因此查明该地区水稻中水稻的重金属含量特征与区域分布规律，探讨不同品种的水稻对重金属吸收与积累的差异，对确保农产品安全生产和食物安全有着重要意义。尽管柯庆明等对福建省水稻稻米重金属污染进行了调查与分析，但他的研究主要是集中在北部地区，而对沿海水稻重金属的状况没有开展研究6。对水稻中重金属含量的区域差异性和品种差异性的系统研究也较少报道。本文选择福建沿海从北到南10个流域两侧的水稻种植区为研究对象，研究不同区域和不同品种的水稻中重金属含量特征与变化规律。为水稻安全标准评价和品种的优选提供理论基础。1 采样与分析方法1.1 采样点的布置由于福建省水稻种植区主要是沿流域分布的，因此以不同流域为基本研究评价单元，沿流域进行布点采样，能够是很好地反映福建沿海水稻中重金属含量特征。为此从南到北选择了闽江、九龙江、晋江和木兰溪等10条主要流域进行布点采样。行政区域涉及宁德、福州、莆田、泉州、厦门、漳州等区市。在福建省地质调查研究院开展的125万多目标地球化学调查表层土壤重金属测量成果的基础上，在同一汇水流域内，将水稻样品点分别布置在土壤重金属含量不同的位置。以晚稻为主要研究对象，对漳州九龙江、诏安东溪2个流域同时采集了早、晚稻样品。东园农科种植了许多不同品种的水稻，在同一实验田中，布置了12不同品种的水稻样品的采样点以研究水稻品种吸收重金属的差异。1.2 样品的采集与加工稻谷样品的采集采用“S”形或梅花形采样法，避开田边2 m，每个采样单元内采取100个样点的稻穗样品组成一个混合样，共采集185件样品。样品用保鲜塑料袋包装好并贴上标签，及时托运回实验室风干脱粒，用四分法缩分至100 g左右后，用玛瑙球磨机小心去壳制成糙米，再粉碎磨细，过0.5 mm筛后成待测样品。1.3 测定方法采用干灰化法将样品制备成待测液，测定Hg、Cd、Pb、As、Cu、Zn等重金属的含量。其中Hg采用冷蒸气-原子荧光光谱法，Cd采用石墨炉原子吸收光谱法，Pb、As采用氢化物-原子荧光光谱法，Cu、Zn采用火焰原子吸收光谱法。2 结果和讨论2.1 福建沿海流域稻米重金属的含量水平185件样品的重金属分析与统计结果见表1。结果表明福建沿海地区水稻中的重金属含量变化大，如Hg、Cd、Pb、As、Cu、Zn的含量范围分别为0.00010.062 mgkg-1、 0.0090.60 mgkg-1、0.014.46 mgkg-1、0.071.70 mgkg-1、0.018.51 mgkg-1和0.0129.9 mgkg-1；其平均值分别为0.0052、0.08、0.33、0.17、2.94、14.62 mgkg-1。与海峡对岸台湾地区产稻米重金属含量相比，Hg、Cd、Pb、As和Cu的含量均显著高于台湾稻米的平均含量 (0.001, 0.01, 0.01, 0.08, 和2.22 mgkg-1) 7，与大米重金属国家食品卫生标准限制值相比，本区稻米Cd、Pb平均含量偏高，有21件稻米样品中的Cd含量超标(0.02 mgkg-1)，占所研究样品总数的11.35%，高于全国市场稻米Cd安全性抽检的结果（超标率为10.3%）8。稻米中Pb含量的最大值达到4.46 mgkg-1，为标准限制值的11.2倍，有样品31件样品的Pb含量超标，占总样品数的16.76%。Hg、As、Cu、Zn平均含量低，仅有2件样品的Hg或As含量超标，Hg、As的超标率均为0.54%，低于3.4%和2.8%的全国平均水平。所有样品中Cu、Zn含量都低于大米的国家食品卫生标准。总之，福建沿海地区出产的水稻主要表现为Cd、Pb含量偏高，而As、Cu、Zn、Hg含量较低，未表现出明显的富集效应，这与柯庆明等6的研究结果相似。不同是柯庆明研究中发现闽北地区稻米中的Hg含量高，但本次研究却没有发现水稻中Hg含量超标的情况。2.2 福建沿海流域稻米重金属含量的区域分布对比10个流域的样品的分析结果发现Cd含量高的样品主要分布在福州闽江流域、云霄漳江流域和泉州香江流域等中部城市快速发展的区域。其中以福州闽江流域的样品中的Cd含量最高，21件镉含量超标的样品中就有12分布在福州福州闽江流域，而且主要是分布在该流域的闽侯县、永泰县和闽江出海口等处的工业区附近。云霄漳江和泉州香江2个流域各有3个样品超标。而最北部和最南部的诏安、福鼎等区域的样品中Cd含量则较低。Pb含量较高的样品也主要是分布在福州、福清、漳州、莆田等区域，而福安，福鼎，莆田，泉州，云霄，诏安等区域的水稻样品的铅含量较低。在31件铅含量超标的水稻样品中，有10件分布在漳州、8件分布在福州、5件分布福清、5件分布在莆田。其它流域Pb超标的样品较少。表1 福建沿海地区稻米重金属平均含量特征Table 1 Average content of heavy metals of the rice in coastal region of Fujian mgkg-1元素最大值最小值平均值标准离差N国标限制值*超标样数(件)超标比例(%)Hg0.0620.00010.00520.0021850.0210.54Cd0.600.0090.080.021850.22111.35Pb4.460.010.330.081850.43116.76As1.700.070.170.021850.710.54Cu8.510.012.940.851851000Zn29.96.614.622.121855000注：*为大米的国家食品卫生标准限制值总之，水稻重金属含量超标的样品主要都是分布在福州、漳州、莆田和泉州等地区经济发达地区。工业发展迅速，河流可能会受到污染，而且这些城市多位于流域中下游地区。污染水质在灌溉中可以污染水稻土。研究表明在一定范围内，水稻籽实中某些重金属的含量与土壤中重金属的含量呈正相关9 。福建沿海地区水稻中Pb、Cd等重金属元素的超标样品的分布特征上看，可能与水稻土的重金属污染有关。当然，不同的土壤类型，其有机质、孔隙度、pH 值、酶活性等理化性质不同，直接影响重金属在土壤中的迁移与固定，从而影响水稻对重金属的吸收与富集。土壤中有效态重金属含量和土壤的氧化还原状况也是影响水稻吸收重金属的主要因素。要真正查明研究区水稻重金属超标的原因与规律，还有许多研究工作要进行。2.3 不同品种水稻稻米中重金属元素含量差异福建省内推广种植的水稻品种有数百种之多，了解水稻品种对环境重金属吸收的影响有着非常重要的意义。东园农科的实验田中种植着各种品种的水稻，为本次研究不同水稻品种对土壤重金属的吸收行为提供了有利条件。采集了同一个实验田中的12种不同品种的水稻样品，另外收集了莆田木兰流域的同一地点附近的粘米和糯米样品各一件，分别测定了稻米中的重金属元素组成（表3）。表4 早、晚稻中重金属元素含量Table 4 The heavy metals content of early and late rice mgkg-1栽种季节采样点编号HgCdAsCuZnPb早稻DGZ001R-S0.0110.050.202.4413.800.29晚稻DGZ-ZZJL-22-S0.00570.180.124.5921.300.23早稻DGZ001R-S0.0070.030.250.0112.500.31晚稻DGZ-ZZJL-22-S0.00470.120.112.8314.500.34早稻DGZ002R-S0.00550.030.103.1912.000.16晚稻DGZ-ZZJL-23-S0.00330.030.192.3316.900.22早稻DGZ003R-S0.00450.100.263.5515.300.39晚稻DGZ-ZZJL-29-S0.00460.040.104.4019.601.13早稻DGZ004R-S0.00390.070.101.6614.400.20晚稻DGZ-ZZJL-03-S0.00450.220.073.9216.800.13早稻DGZ008R-S0.00490.030.472.9512.200.20晚稻DGZ-ZA-08-S0.00690.050.141.5214.100.20表3数据显示，不同品种水稻的稻米中重金属含量有明显的差别，差别最大的是Pb含量，在相同的土壤背景和种植条件下，有e优27、优139、丰两优一号以及昌优964等3个品种水稻的糙米中Pb含量异常地高（0.462.62 mgkg-1），丰优205品种的Pb含量也接近食品安全标准的限定值，显示上述几个水稻品种有可能是Pb富集品种；昌优964、优139对Cd、Cu、Zn等其他重金属也表现出相对高的吸收率，可能是对重金属高吸收的水稻品种；对特定重金属表现出高吸收的水稻品种还有丰两优香一号（Cd，0.13）和丰优205（As，0.38）等。各品种水稻中Hg的含量都比较低，说明水稻对Hg的吸收能力低，土壤中Hg的污染对水稻品质的影响较小；特优316、亚优131、803A1527、冈优-527和两优2163等样品中所有的重金属含量都比较低，可能是重金属低吸收的水稻品种。表3 不同水稻品种的稻米中重金属含量对比Table 3 The content of heavy metal in differental rice genotypes mgkg-1水稻品种样品编号HgCdPbAsCuZn丰两优一号DGZ-ZZJL-28-S0.00470.021.260.182.9112.80e优27DGZ-ZZJL-28-S0.00500.030.460.123.7215.00特优316DGZ-ZZJL-28-S0.00470.050.290.114.6113.30亚优131DGZ-ZZJL-28-S0.00540.060.160.116.1914.40丰两优香一号DGZ-ZZJL-28-S0.00520.130.210.163.1215.20两优2163DGZ-ZZJL-28-S0.00680.070.200.103.2511.10803A1527DGZ-ZZJL-28-S0.00670.020.110.213.4913.40冈优527DGZ-ZZJL-28-S0.00780.030.280.263.219.70昌优964DGZ-ZZJL-28-S0.00660.082.620.106.2629.90优139DGZ-ZZJL-28-S0.00650.060.510.305.4921.20汕优63(ck)DGZ-ZZJL-28-S0.00830.060.340.095.1519.40丰优205DGZ-ZZJL-28-S0.00750.020.370.383.1020.10在相同条件下，不同的水稻品种由于外部形态及内部结构的不同，吸收重金属的生理生化机制各异，故其重金属元素的累积量差异较大。蒋彬等10的研究发现，水稻籽实吸收重金属存在基因型的差异，他们将来自于全国不同地区的239份样品种植在同一地区，发现各品种铅、砷、镉含量存在极显著得基因型差异，并筛选出了一系列低铅或低镉或低砷的品种。吴启堂等11也得到类似的结果，认为高产品种重金属含量高，低产品种重金属含量低，由此给高产品种的育种提出了很大的挑战。不同品种水稻对重金属富集吸收程度的差异性，会导致具有相同或相近土壤背景的种植区稻米重金属含量间的差异。这对筛选培育低吸收率水稻品种，对解决重金属污染区内大宗农作物食品安全问题具有重要意义。2.4 不同季节水稻稻米中重金属元素含量差异对漳州九龙江、诏安东溪2个流域同一稻田采集了早、晚稻样品的分析结果列入表4。结果显示出多数样品中Cd、As、Pb、Cu、Zn等重金属元素的含量晚稻高于早稻，而Hg的变化规律不明显。王凯荣等11的研究也表明杂交晚稻比常规稻对Pb、Cd 的富集能力强。晚稻比早稻的重金属含量高所引起的健康风险应当引起足够的重视，因为当地居民通常以吃晚稻米为主。但由于研究的样本较少，这一规律还有待于进一步的证实。而且我们的研究样品中，没有将早、晚稻的品种做到严格一一对应，因此这一变化规律是由于季节不同的水稻引起的，还是由于品种不同造成，需要进一步研究。3 结论福建沿海地区稻米样品中Hg、Cd、Pb、As、Cu 和 Zn 含量的总体平均值分别为0.005、0.08、0.33、0.17、2.94和14.62 mgkg-1,显著高于海峡对岸台湾地区产稻米重金属含量。与我国大米的限制值相比，重金属超标最严重的是Pb，有16.8%的样品超过了限制值。其次是Cd，有11.4%的样品超过了限制值。而Hg、As的超标率相对较低，均为0.5%。与我国绿色食品大米安全卫生标准限制值(Pb0.2，Cd0.1，Hg0.01，As 0.4 mgkg-1)相比，Pb、Cd、Hg、As的超标率分别为53.0%、25.9%、2.7%。福建沿海的稻米质量与卫生状况应引起有关部门的重视。福建沿海不同水稻种植区的稻米的重金属含量相差较大，Cd和Pb含量高（超标）的样品主要分布在福州、漳州、莆田和泉州等地区经济发达地区。稻田土壤的重金属污染可能是导致水稻子粒中重金属含量升高的重要原因。不同品种的水稻对重金属的吸收率有明显差异，糯米、特优316、亚优131、803A1527、冈优-527和两优2163等样品中所有的重金属含量都比较低，可能是重金属低吸收的水稻品种。因此广泛收集耐、抗重金属污染的水稻种质或基因材料，弄清遗传特征与遗传规律。在此基础上，有目的的选择与水稻进行杂交的品种（或基因），培育出耐、抗、低吸收或少富集的水稻品种，对解决重金属污染区内水稻食品安全问题具有重要意义。参考文献：1 DUDKA S, MILLER W P. 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By analysed the heavy metal content of this samples, it was showe